Bevezetés a hálózatok világába

Átírás

1 dr. Száldobágyi Zsigmond Csongor Bevezetés a hálózatok világába A követelménymodul megnevezése: Számítógép kezelés, szoftverhasználat, munkaszervezés A követelménymodul száma: A tartalomelem azonosító száma és célcsoportja: SzT

2 BEVEZETÉS A HÁLÓZATOK VILÁGÁBA ESETFELVETÉS MUNKAHELYZET Munkahelyén Önt bízzák meő azzal, hoőy tekintse át, milyen lehet séőek vannak a számítóőépek hálózatban történ összekapcsolására. Milyen elvek alapján lehet számítóőépes hálózatokat üzemeltetni? Milyen naőyobb hálózat részeként vehet részt a vállalati rendszer a hálózati adatőorőalomban? Mi a célszerűen és őazdasáőosan meőválasztott topolóőia? Milyen közvetít közeőeket alkalmazhatnak az adatátvitel során? Szabályozzák-e eőyséőes szabványok a hálózatok kialakulását? Melyek ezek, és mely szinten mire vonatkoznak a szabályaik, milyen alternatívákat kínálnak a meőoldási cél Őüőővényében? Hoőyan menedzselhet eőy hálózat? Milyen beállítási, ellen rzési lehet séőek vannak eőy számítóőép hálózatra kapcsolásakor? SZAKMAI INFORMÁCIÓTARTALOM Önmaőában eőy számítóőép leőyen bármilyen őyors is csupán azokkal az adatokkal véőezhet műveleteket, amelyek háttértárolóin már rendelkezésre állnak, illetve amit a saját beviteli eszközei seőítséőével röőzíthetünk. A XXI. században viszont eőyértelműen az inőormáció vált hatalommá, íőy Őeltétlenül szükséőünk van saját őépünkön kívüli adatokra, inőormációkra. 1. A számítóőép-hálózatok kialakulása A másik motiváció a számítástechnika h skorában az akkori őépek szerény számítási kapacitása volt. Ezek voltak azok a hajtóer k, amelyek a hálózatok kialakulásához vezettek. De miért is olyan különleőes a számítóőépes hálózat? Hisz ekkorra már létezett meőbízható vezetékes (teleőon) és vezeték nélküli (rádió) hálózat is, és mindkett képes volt a kétirányú adatátvitelre. 1

3 Ezek területén az eltelt évtizedek inkább csak a technolóőiák tökéletesítését hozták: - meőjelentek a mobil távközlési eszközök, - a televíziózás beindult, - a teleőonhálózaton lehet vé vált az adatközvetítés (teleőax), - a közvetített adat mennyiséőe növekedett, - az adatátvitelt terhel zaj szintje csökkent (min séőjavulás). A számítóőépes hálózatok melyek legnagyobbika az internet azonban min séőileő más. Hoőy a különbséőet értsük, ismernünk kell a kialakulását. Az is indokolja ennek részletesebb ismertetését, hoőy kevés inőormációval rendelkezünk róla annak ellenére, hoőy sokan naponta használjuk. A 60-as években eőymásról nem tudva több helyen dolőoztak a viláőban olyan technolóőia kialakításán, amely lehet vé tehette volna els sorban Őizikai adatbiztonsáői szempontok különböz okai miatt, hoőy több számítóőép úőy tudjon eőyüttműködni, hoőy közülük eőy vaőy néhány kiesése esetén se kerüljön veszélybe a kívánt eljárás sikeres elvéőzése, azaz se adatvesztés ne történjen, se véőzetes leállás. A titkolózás oka az akkori hideőháborús viszonyok között els sorban nem tudományos, hanem katonai volt. Az ún. csomaőkapcsolásos technolóőia a hadászati tevékenyséő során azzal az el nnyel jár, hoőy az inőormációkat eőyenként értelmetlen részekre bontják, és azok el re nem szabályozott, csak a hatékonysáőot (őyorsasáőot) szem el tt tartó, szinte véletlenszerűen kialakuló utakon jutnak el a címzett őéphez, ahol meőőelel sorrendbe ismét összeállítva az inőormáció kinyerhet ; illetve eőyszerre több helyen is a Őolyamat szinte eőy id ben eőymástól Őüőőetlenül véőrehajtható. Ma három ilyen kutatási projekt ismert: : Massachusetts Institute oő Technoloőy (MIT) (USA) számítóőép hálózati kutatási projekt : Rand Corporation (USA) védelmi célú kutatási projekt : National Physical Laboratory (Nagy Britannia) hálózati kutatási projekt Az 1967-es év hozta meő az áttörést: a Tennessee állambeli Gatlinburőben tartott konőerencián Larry Roberts nyilvánossáőra hozta az ARPANET (Advanced Research Projects Aőency Network (ARPANET): Fejlett Kutatási Projektek Üőynökséőe hálózata) els koncepcióját. Ez már a ma is használt IP loőikája szerint épült Őel. Valójában a projekt a DARPA (DeŐense Advanced Research Projects Aőency (DARPA): Védelmi Fejlett Kutatási Projektek Üőynökséőe) keretében Őolyt. 2

4 A Paul Baran kutatásaira alapuló kapcsolati elvet a konőerencián Alex McKenzie eredeti kéziratos Őeljeőyzése rizte meő, amely alapján a téma ma is tanítható lenne: 1. ábra. A kapcsolati elv eredeti vázlata 1 Az els dokumentált tényleőes kapcsolatot szeptember 2-án, az University California Los Angeles (UCLA) intézményében hozták létre mindössze két számítóőép között, ezzel iőazolva az elméletek helyesséőét. A hálózatőejlesztés részben a katonai kutatásoktól elszakadva az eőyetemek közötti számítóőépes összeköttetés létrejöttéhez is vezetett. Íőy 1971-re már az USA keleti és nyuőati partvidéke között is Őelállt a kapcsolat. 1 Forrás: (2010. november 7.) 3

5 2. ábra. A kialakított összeköttetések hálózata 1971-ben re pediő már az óviláő is közvetlen kapcsolatba került a rendszerrel. 3. ábra ben már összetettebb volt a hálózat 3 2 Forrás: (2010. november 7.) 3 Forrás: _march_1977.png (2010. november 7.) 4

6 Az 1960-as évek véőén meőtervezték a mai útvonalválasztók (router) el djét, majd ezeket az USA néőy eőyetemén (három KaliŐorniában, eőy pediő Utahban volt) üzembe is helyezték szeptember 2-án meőszületett az ARPANET, amelyet akkor méő teleőonvonalak kötöttek össze. Mivel a számítóőépes kommunikációban sokszor Őordul el az, hoőy egy-két perciő renőeteő a Őeldolőozni való adat, majd jó sokáiő szinte semmi sem történik, ezért nem iőazán szerencsés, ha két számítóőép Őolyamatosan leőoőlal eőy vonalat. Ennek a problémának a Őeloldására irányultak a korai kutatások, majd íőy került kiőejlesztésre az úőynevezett csomaőkapcsolt hálózat. Ebben az esetben a kommunikáció úőy történik, hoőy az adatokat kisebb csomaőokra bontják, amelyek mindeőyikét meőőelel azonosítással látják el (küld címe, célállomás címe stb.). Ezeket a csomagokat aztán a hálózat lebontja bitek sorozatára, amit a számítóőépek a vonalra tesznek. A célállomások a bitekb l és a csomaőokból Őelépítik az eredeti üzenetet. Az ARPANET Őejlesztését er sen beőolyásolták katonai célok is. Eőyrészt hardverőüőőetlen protokollok, másrészt olyan hálózat kiőejlesztését kívánták meő, amely eőy esetleőes csapásmér támadás után is üzemképes marad. A sikeres kutatómunka eredményét eőy 1978-ban véőrehajtott teszttel mutatták be, amelyben eőy kaliőorniai autópályán haladó kamionban elhelyezett számítóőép rádióhullámok seőítséőével küldött adatokat eőy közeli őazdaőéphez (host). Az adatok az ARPANET-en keresztül az USA másik Őelébe, majd onnan eőy műhold közvetítésével Londonba jutottak sikerrel. Az ARPANET-et eredetileő csak az állományok átvitelére Őejlesztették ki. A Őelhasználók azonban hamarosan elektronikus levelezést és levelezési listákat követeltek és kaptak. Nyilvánvalóvá vált, hoőy az ARPANET a tudományos eőyüttműködés és haladás szempontjából naőyon Őontos szerepet tölt be. Mivel azonban a hálózatot csak a Védelmi Minisztériummal szerz désben álló intézmények használhatták, ezért meőoldást kellett keresni a többi eőyetem számára is ban, amikor a hálózatról leválasztották a katonai jelleőű részt (MILNET), eőyőajta inter net alakult ki, amelynek őerincét az ARPANET adta. Azonban a probléma továbbra is Őennállt, mert az ARPANET eredetileő a Védelmi Minisztérium hálózata volt. Ezért az 1980-as évek véőe Őelé a National Science Foundation (NSF Nemzeti Tudomány Alapítvány) létrehozta az NSFNET hálózatot, amely az ARPANETet váltotta Őel. Maőa az ARPANET 1990-ben meőszűnt. Ezzel lezárult eőy korszak, amit Andrew S. Tanenbaum 1989-ben íőy jellemez: Tíz évvel ezel tt eőy számítóőép-hálózat méő eőzotikus kutatási területnek számított, amelyen leőőeljebb néhány szakért dolőozhatott. Ma már szinte minden számítóőép hálózatba köthet! 4 Az NSFNET (National Science Foundation Network) több b vítés után (optikai kábeleket Őektettek le, újabb vonalakat hoztak létre stb., melynek eredményeként a hálózat sebesséőe a kezdeti 56 kbps-ról 1995-re már 45 Mbps-ra emelkedett) ma is az USA domináns őerinchálózata. Az NSFNET mellett jelent s részben már maőáncéőek hálózatain Őolyik a kommunikáció (AT&T, MCI, UUNET, Sprint stb.). 4 Tanenbaum, Andrew S.: Számítóőép-hálózatok (Computer Networks) (Panem Kiadó, Budapest, 2003.) 73. o. 5

7 A 80-as évek véőén az NSFNET-hez hasonló elvek alapján számos orszáőban szervez dtek őerinchálózatok. Ezek mindenekel tt a hatalmas inőormációs és számítástechnikai er Őorrásokkal rendelkez NSFNET-hez iőyekeztek csatlakozni, de őyakran eőymással is kiépítették közvetlen kapcsolataikat. Az utóbbi két évtizedben a távközlési céőek, kommunikációs vállalatok is meőlátták az üzleti lehet séőet az internet technolóőiájú számítóőép-hálózatokban, illetve a hozzájuk kapcsolódó alkalmazásokban (pl. számítóőépek, adatbázisok távoli elérése (GOPHER), elektronikus levelezés (SMTP), adatállományok átvitele (FTP), szöveő-, kép-, hanőinőormációk inteőrált továbbítása (http) stb.), íőy meőjelentek az ilyen szolőáltatásokat kínáló üzleti vállalkozások, illetve ezek saját őerinchálózatai. Az internet leőőontosabb szervez, összeőoőó ereje az Internet Society (ISOC). A társasáő nyílt, taőja lehet bármely szervezet vaőy maőánszemély. Célja az internet technolóőiával történ inőormációcsere összehanőolása, Őejlesztése. Az ISOC által Őelkért, nagy szakmai tekintéllyel rendelkez önkéntesekb l áll az Internet Architecture Board (IAB), amelynek feladata, hoőy állást Őoőlaljon alapvet stratéőiai kérdésekben, Őelel s a szabványok előoőadásáért, illetve a szabványosítást iőényl kérdések meőhatározásáért és az internet címzési rendszer karbantartásáért. A kapcsolódni képes számítóőépek száma tette iőazán üt képessé az internetet. Ma már az alhálózati maszkokkal eőyébként is meőtöbbszörözhet IP-címzési struktúra őép címzésére alkalmas változatának átalakítására kell Őelkészülnünk ugyanis elfogytak a címek. Nem is a őépek számát, inkább a növekedés ütemét szokás meőadni: ez viláőszerte havonta 10%-os növekedésre taksálható. Az interneten nincsen központ, nincs eőy központi őép. Minden, a hálózatra kötött őép eőyszerre Ő - és alállomás. Az internet tehát olyan elméleti szervez dése a számítóőépeknek és teleőonvonalaknak, amelynek bármely pontja képes kapcsolatot teremteni bármely másik pontjával. Ez eőyrészt az internet szabadsáőát biztosítja, másrészt olyan új viselkedési attitűdök meőjelenéséhez vezetett az utóbbi években, amelyek épp a szabadsáő megnyirbálására tett kísérleteket, a hálózati adatőorőalom ellen rzése kérdésének napirenden tartását eredményezték. 2. A számítóőép-hálózatok csoportosítása A) A hálózatok méret szerinti Őelosztása PAN (Personal Area Network), azaz a személyes hálózat. Ebbe azoknak az adott személy által használt eszközöknek a hálózatát sorolhatjuk, amelyeket eőymáshoz kapcsolva használ. Azaz például az otthoni személyi számítóőép és a Őelhasználó által használt laptop, notebook, netbook stb. De nem csupán számítóőépekr l van szó, hanem olyan kieőészít inőormatikai eszközökr l, mint a PDA vaőy a mobilteleőon, eőyes intelliőens háztartási berendezések stb. Szokás idesorolni a különböz, bluetooth alapon kapcsolódó eőyséőeket is mint hálózati elemeket. 6

8 LAN (Local Area Network), azaz a helyi hálózat. Az eőy épületen, épületcsoporton, illetve néhány száz méteren belül elhelyezked, hálózatban összekapcsolt szerverek, személyi számítóőépek, más inőormatikai eszközök összesséőe. Ilyen más eszközök lehetnek például a hálózaton csatlakoztatott periőériák (jellemz en a nyomtatók). Eőy intézmény, őyár saját hálózata, mely önállóan menedzselt. Rendszerint további küls kapcsolattal rendelkezik naőyobb hálózatok irányába. MAN (Metropolitan Area Network), azaz a városi hálózat, amely az adott területen működ LAN-okat köti össze eőy naőyobb eőyséőőé. Nem Őeltétlenül a város szó a leőkiőejez bb, hisz e Őoőalomhoz nem kapcsolódik. Jelentéstartalmában inkább az 1 és 50 km közötti teret átőoőó hálózatokat szokás ekként nevezni. Eőy ilyen hálózatban az alhálózatokon keresztül akár több tízezer számítóőép összekapcsolása is meővalósulhat. WAN (Wide Area Network, s nem World Area Network, mint azt sokan őondolják), azaz naőy kiterjedésű hálózat. A leőalább eőy réőióra, eőy orszáőra kiterjed hálózatokat tekinthetjük ilyennek, de nem véletlen a névben el Őorduló őyakori tévedés, hiszen az internetet mint hálózatot is ebbe a kateőóriába sorolhatjuk. GAN (Global Area Network), azaz a őlobális hálózat, amelybe valóban minden korlátozás nélkül minden kommunikációs eszköz összeköttetése beleérthet, akár a műholdas kommunikáció, akár az űreszközök kommunikációs kapcsolatai (pl. Mars-szondák, vaőy a viláőeőyetem távoli véőtelenjébe indított űrszondák). B) Hálózati topolóőiák A topolóőiák az eőyes hálózati eszközök közötti Őizikai összeköttetési módokat Őejezik ki. Sín (busz) topolóőia: A számítóőépek eőy őerincvezetékre csatlakoznak. Ennek el nye a csekély eszköziőény, a kis vezetékmennyiséő, ám ma már ritkán találkozunk vele számos hátránya miatt: a őerincvezeték szakadása esetén (és ennek számít a lezáró impedancia kiesése is a hálózatból) működésképtelenné válik; mivel eőy csatornán kíván valamennyi őép kommunikálni, ezért minél naőyobb az összekapcsolt őépek száma, annál valószínűbb az összeütközés, melyet az átviteli sebesséő rovására lehet Őeloldani, és az átvitel hatékonysáőa is rohamosan csökken a őépek számának növekedésével. 4. ábra. Állomások összekapcsolása sín topolóőiában 7

9 Gyűrű topolóőia: minden állomás két szomszédos őéppel áll közvetlen kapcsolatban, íőy nincs véőcsatlakozás. Az elindított adatcsomaő meőhatározott irányban halad az eszközökön keresztül, míő el nem éri a célállomást. A gyakorlatban nem találkozunk vele számtalan hibája miatt. 5. ábra. Állomások összekapcsolása őyűrű topolóőiában Csillaő topolóőia: a leőőyakoribb kialakítás a LAN hálózatokban. Eőy központi vezérl eszközhöz csatlakoznak az eőyes eszközök. Bár jelent sen több kábelt, központi vezérl eszközt, íőy naőyobb anyaői ráőordítást iőényel eőy ilyen rendszer kiépítése, ám eőy vezetéken esett hiba csupán eőy őép kapcsolati hibáját okozza, és nem a teljes hálózat működésképtelenséőét. Viszont a vezérl eszköz meőhibásodása már itt is kivédhetetlen ábra. Állomások összekapcsolása csillaő topolóőiában

10 Fa topolóőia: számítóőépünk mappaszerkezetéhez nemcsak névazonossáő, hanem strukturális eőyez séő is Őűzi: a számítóőépek csomópontjai a mappáknak Őeleltethet ek meg, maguk a számítóőépek pediő a Őájloknak; és ezek újabb azonos Őelépítésű eőyséőeket tartalmazhatnak: alhálózatokat és az azokhoz kapcsolódó eszközöket. Valójában naőy hálózatoknál ez a vezérmotívum, ami kieőészül azzal, hoőy nem tudhatjuk, hoőy eőy-egy alhálózat maőa milyen topolóőiával lett kiépítve. De ez a hálózat működése szempontjából nem is fontos. 7. ábra. Állomások összekapcsolása Őa topolóőiában 9

11 Teljes, részleőes topolóőia: kizárólaő naőy biztonsáőú, rendszerint katonai célú hálózatokban alkalmazzák. A teljes topolóőia esetén minden őép minden másikkal közvetlen összeköttetésben áll, míő a részleőes topolóőia esetén különböz meőőontolások alapján egyes kapcsolatokat elhaőynak. Kialakításuk különösen naőy kiterjedésű hálózat esetén iően maőas, cserébe rezisztensek az eőyes kapcsolatok, illetve az eőyes csatlakozó számítóőépek kiesésére is. Az ilyen hálózatok biztonsáőát az adatok redundáns tárolásával is növelik. 8. ábra. Állomások összekapcsolása teljes topolóőiában C) Az adatközvetítés módja Pont-pont hálózatok (point to point network): őéppárok közötti kapcsolatok összesséőe, az adatok ezeken a kapcsolatokon keresztül jutnak el a célállomásra. Adatszórásos hálózatok (broadcastinő): az összes eszköz által közösen használt adatcsatornára kerülnek ki a közvetített üzenetek. Íőy azokat minden őép érzékeli, meőkapja. Az üzenet Őelépítésében elhatárolt címzési tartomány határozza meő a címzettet, és minden észlel eszköz csak a neki címzett adatcsomaőokat dolgozza fel. D) Hierarchia szerinti Őelosztás Eőyenranőú (peer to peer) hálózatokban nincs kitüntetett eszköz, ami a vezérlést véőzi, hanem minden eszköz eőyenl joőokkal küldhet adatcsomaőokat a hálózatra. Eőyenl joőőal lehet er Őorrásokat is meőosztani. Kiszolőáló alapú (szerver-kliens) hálózatokban a szerver, azaz vezérl berendezés határozza meő az eőyes host (kliens) őépek joőosultsáőait. Rendszerint a szerver er Őorrásait osztják meő a hálózaton. Eőymás er Őorrásait közvetlenül nem észlelik, de a szerveren keresztül természetesen a host őépek er Őorrásai is meőoszthatóak. 10

12 E) Adatátviteli közeőek Elektromos vezeték Koaxiális kábel: a központi vezet t körbevev sziőetel n lév árnyékoló harisnya képezi az elektromos kapcsolat áramkörét. Ilyen vezetékkel a sín topolóőiájú hálózatokban találkozhatunk. Csatlakozásukra BNC csatlakozókat, illetve T meőosztókat alkalmaznak. Szerkezetükben hasonlatosak a rádió- és tv-jel továbbítására szolőáló kábelekhez, de míő azok hullámimpedanciája 75 Ohm, addiő a számítástechnikai hálózatokban 50 Ohmos típust alkalmazunk. Gondoskodni kell a vezeték véőpontjának lezárásáról, ellenkez esetben a jelvisszaver dés (akárcsak a vezeték szakadása) működési hibát eredményez. 9. ábra. Koaxiális vezeték szerkezete UTP (Unshielded Twisted Pair) kábel: a kábel nyolc sziőetelt rézvezetékb l áll, amelyek páronként, valamint eőyben is sodrottak. A páronkénti sodrás csökkenti az árnyékolatlan vezet k zavarérzékenyséőét. Az elektromáőneses és rádióőrekvenciás áthallás ellen az eőyes érpárok eltér mértékű sodrásával védekeznek (szabványban röőzített a hosszeőyséőre vetített sodrások száma). Mivel az ilyen kábelek nem árnyékoltak, a küls zavarjelre (ilyet a környezetünkben működ valamennyi elektromos berendezés kelt) meőlehet sen érzékenyek. Ennek csökkentésére vezették be a különőéleképpen árnyékolt kábeltípusokat: FTP, STP, SFTP. 10. ábra. UTP kábel szerkezete 11

13 Optikai jelátvitel InŐravörös jelátvitel: a kis hatótávolsáőú kapcsolat eszköze, amely a látható Őénynél hosszabb hullámhosszú Őénnyel (azaz a vörösnél alacsonyabb Őrekvenciájú Őénnyel) továbbítja az adatokat. Feltétlenül szükséőes, hoőy az adó- és a vev berendezés lássa eőymást, ez a kapcsolat alapvet kelléke. Ilyen kapcsolatot például mobilteleőon és laptop, s t eőyes nyomtatók között hozhatunk létre. Nem inőormatikai alkalmazásként pediő az eőyes szórakoztatóelektronikai készülékek távirányítóit említhetjük. Az áthidalt távolsáő 0,4 és 5 m közötti. Optikai kábel: jelenleő a leőőyorsabb adatátvitelre képes eljárás, ami ráadásul teljesen érzéketlen a küls környezet elektromáőneses és rádióőrekvenciás zavarjeleire, az elektromos szmoőra. A többréteőű kábel maőjában elhelyezked Őényvezet szál viszi át az inőormációt. Szerkezeti Őelépítése: eőy, de rendszerint inkább több Őényvezet szál található a mechanikai védelemmel ellátott kábelben, mindeőyik szál önálló műanyaő véd réteőben Őut. A jelek naőy távolsáőra történ továbbítása esetén szükséőes jelismétl ket beépíteni, ezek elektromos tápőeszültséőiőényét kiszolőáló elektromos vezetékek is Őuthatnak a kábelben (csak a naőy távolsáőú kábelek esetén). Alapvet en két- Őéle Őizikai elvű meőoldást alkalmaznak: - Eőymódusú (monomódusú) optikai szál: az iően kis átmér jű optikai szálban a Őény egyenes vonalban terjed. Ennek Őeltétele, hoőy a szál átmér je a Őény hullámhosszával azonos leőyen. Ha tudjuk, hoőy méő a leőhosszabb hullámhosszú látható Őény, a vörös Őény is kb. 700 nm (nanométer) hullámhosszúsáőú, akkor érezzük, hoőy iően körülményes és dráőa az el állítása. Tovább dráőítja a technolóőiát a jeladó- (lézer) és érzékel eszközök el állítási költséőe. 11. ábra. A Őény útja eőymódusú optikai szálban 5 - Többmódusú (multimódusú) optikai szál: naőyobb átmér jű vezet, amelyben a fény útja nem párhuzamos a vezet irányával, hanem annak határoló Őelületér l a teljes visszaver dés Őizikai jelenséőét kihasználva veszteséő nélkül ver dik vissza. Ekként rövidebb távolsáő (minteőy 2 km) áthidalására alkalmas. Viszont olcsóbb az el állítása, és jeladó berendezésként a LED is meőteszi. 5 Forrás: (2010. november 7.) 12

14 12. ábra. A Őény útja multimódusú optikai szálban 6 RádióŐrekvenciás jelátvitel Bluetooth: kis hatótávolsáőú kapcsolati mód. A személyes hálózati körbe tartozó eszközök összekapcsolására hozták létre. A 2,4 GHz körüli Őrekvenciatartományban (orszáőonként eltér ) működik, de iően kis adóteljesítménnyel (max. 100 mw). A hálózat a szabad csatornák (Őrekvenciasávok) közül automatikusan választ, és azon eőy mesterkészülékhez leőőeljebb 7 másik kapcsolódhat. WiFi: közepes hatótávolsáőú kapcsolati mód. A helyi hálózatok szintjén valósít meő rádióőrekvenciás kapcsolatot. Fejl dése során az IEEE (Institute oő Elektrical and Elektronics Enőineers) több szabványt dolőozott ki, Őejlesztett hozzá. A 2,4 GHz, vagy az 5 GHz Őrekvenciatartományban működik, hatótávolsáőa néhány száz méter lehet ideális körülmények között. Mikrohullámú kapcsolat: naőy hatótávolsáőú kapcsolati mód. Az üveőszálas optikai átvitel meőjelenése el tt ez jelentette a leőőyorsabb és leőnaőyobb távolsáő áthidalására szolőáló átviteli lehet séőet. A GHz Őrekvenciatartományú viv Őrekvencián működ berendezések leőő bb problémája, hoőy a kisebb Őrekvenciájú rádiójelekt l eltér en (melyek követik a Föld őörbületét) csak eőyenes vonalban terjednek. Íőy szükséőes maőas adótornyok olyan hálózatát kialakítani az ilyen átvitelhez, amelyek látják eőymást. Méő ma is versenyképes kiépítésének őyorsasáőa és (az optikai kábelekhez képest) alacsonyabb ára, illetve a leőedett terület naőysáőa miatt. Műholdas kapcsolat: naőy hatótávolsáőú kapcsolati mód. Az eőyenes jelterjedésb l adódó hátrányok kiküszöbölésére jól alkalmazhatóak a naőy maőassáőban a Föld körül kerinő műholdak. Csupán tucatnyi műhold seőítséőével az eőész FöldŐelszín leőedhet. A műholdak ez esetben eőyszerű jeler sít /továbbító eszközként szerepelnek a hálózatban. A ritkán lakott, távoli Őöldrajzi területeken (és a hajózásban is) ez a leőcélszerűbb hálózatelérési eszköz (melyet e mellett els sorban teleőonálási és GPS szolőáltatása miatt ismerünk). Hátránya a naőy távolsáő és a sok elektronikai eszköz miatti késleltetés, ám ez adatcsomaőok esetén kevésbé Őájó, mint pl. online hanőátvitel esetén (őondoljunk a hírműsorokban műholdon bejelentkez riporter hanőjának késésére). 6 Forrás: (2010. november 7.) 13

15 3. A kommunikáció loőikai kialakítása A hálózati technolóőiák kialakulása, Őejl dése szükséőessé tette olyan alapelvek meőőoőalmazását, amelyek eőyséőes alkalmazása (interpretációja) biztosítja, hoőy a különböz őyártók eszközei kapcsolódhassanak eőymáshoz. Az üzleti verseny kizárja, hoőy eőy őyártó saját technolóőiáját teőye kötelez vé, ezért olyan eljárásokat (protokollokat) alakítottak ki, melyekben maőát a Őolyamatot meőhatározó eljárásrendet határoztak meő. Ezeknek az elveknek a konkrét meőőoőalmazását adja az ISO (International Organization for Standardization, Nemzetközi Szabványüőyi Szervezet) OSI modell (Open System Interconnection Reference Modell, nyílt rendszerek összekapcsolására szolőáló reőerencia- modell). Alapelve, hoőy a kapcsolatot réteőekre (7 réteőre) bontja, és minden réteőhez hozzárendeli a meőőelel protokollt. Az azonos szintű réteőek csak eőymással kommunikálnak, és csak az alsóbb szintű réteőekre támaszkodhatnak ennek során. Eőyúttal a Őelette elhelyezked réteő számára nyújtanak szolőáltatást. 13. ábra. Az OSI modell (2010. november 7.) 14

16 (1) Fizikai réteő (phisical layer) Az OSI modell leőalsó réteőe, amely közvetlenül a Őizikai átviteli közeőet kezeli. Az eőyes bitek kommunikációs csatornára történ kibocsátásáért Őelel s. Az el z ekben meőismert átviteli közeőek szerint alakítja Őizikai mennyiséőekké az adatőolyam bitjeinek 0-s és 1-es értékeit (Őeszültséő, Őényer sséő stb.). Íőy biztosítja, hoőy az adóoldalon kibocsátott értéket a vev is uőyanannak az értéknek értelmezze. (2) Adatkapcsolati réteő (data link layer) A Őizikai réteő Őelett elhelyezked adatkapcsolati réteő tördeli szét az átküldend inőormációt adatkeretekre (Őrames). Feladata, hoőy hibamentes adatátviteli vonalat alakítson ki, amelyen az adatok eljutnak a hálózati réteőhez. Minden keretet ellen rz összeőőel, valamint a keretek elé és möőé helyezett kódokkal lát el. A kialakított kereteket sorrendhelyesen továbbítja, és a vev által visszaküldött nyuőtakereteket Őeldolőozza. A nyuőtázás Őeldolőozása során összeveti az el zetesen kiszámított összeőet a vev által a Őoőadást követ en kiszámított és visszaküldött összeőőel. Ha e kett nem eőyezik meő, a keret küldését sikertelennek min síti, és meőismétli a küldést. A küldés adatkapcsolati protokollja lehet: - Szimplex: az adatátvitel csak az adótól a vev irányába Őolyhat. - Fél-duplex: az eltér sebesséőű vev és adó közötti kommunkációs hibákat azzal oldja fel, hoőy az adó sebesséőét lelassítja a vev Őeldolőozási sebesséőére. Ezt azzal oldják meő, hoőy amíő az elküldött keret nyuőtája meő nem érkezik, újabb keret adásába az adó nem kezd bele. - Duplex (full-duplex): a őyakorlatban meővalósuló kétirányú adatátvitel módszere. Uőyanazon a csatornán történik a keretek és a nyuőtakeretek küldése, azonosításuk a Őejrész kódja alapján lehetséőes. A Őeldolőozási sebesséőek különbséőe miatt viszont el Őordulhat, hoőy különböz adatkeretek és nyuőtakeretek Őorőalmazása történik az eredeti sorrendt l eltér sorrendben (ennek oka lehet például, ha eőy keretet átviteli hiba miatt újra kell küldeni). (3) Hálózati réteő (network layer) Itt történik annak az útvonalnak a meőhatározása, amelyen keresztül az adatok a hálózatban elérik a célállomást. Ez a réteő kezeli a hálózati Őorőalmat, a torlódásokat, irányítja az átviteli vonalak átbocsátási sebesséőét. Felel a különböz hálózatok összekapcsolásáért, a címzési módszerek, az alkalmazott csomaőméret (ebben a réteőben már csomaőokról, azaz packetekr l beszélünk) eltéréseit kezeli. A csomaőokban lév sorszám alapján az esetleő különböz útvonalon érkez csomaőokat újraeőyesíti az eredeti sorrendnek meőőelel en, őondoskodik a kiesett csomaőok pótlásáról. A hálózati Őorőalomirányító szoőtverek által használt Őorőalomirányítási útvonaltábla seőítséőével kialakítható a csomaő számára leőkedvez bb útvonal. A Őorőalomirányítás (routinő) Őeladata ennek hatékony véőrehajtása. 15

17 (4) Szállítási réteő (transport layer) Feladata a munkaállomások (host) közötti adatátvitel zavartalan lebonyolítása. Amíő az alsóbb réteőekben a protokollok az eőyes őépek és azok közvetlen szomszédjai között teremtenek kapcsolatot, addiő a szállítási szint már csak véőpont és véőpont között kommunikál. Csomagkapcsolásos hálózatban adatokat Őoőad a viszonyréteőt l (következ, maőasabb réteőt l), azokat a hálózati szint által Őeldolőozható kisebb darabokra tördeli szét, adja tovább a hálózati réteőnek, és biztosítja, hoőy minden darab hibátlanul érkezzék meő a vev oldalra. A vev oldali szállítási réteő Őeladata pediő a Őeldarabolt adatok összerakása. (5) Viszonyréteő (eőyüttműködési réteő) (session layer) Ez a réteő teremti meő a számítóőépek Őelhasználói közötti kapcsolatot. A két különböz számítóőép ezen a szinten eőyezteti a Őolyamat létrehozásának Őeltételeit, a Őelhasználói azonosítókat, jelszavakat stb. A viszonyszint ellen rzi, létrehozza és kezeli a Őelhasználók és a számítóőépes alkalmazások közötti kapcsolatokat. (6) Meőjelenítési réteő (presentation layer) Meőhatározza az adatok ábrázolásának módját, azaz nemcsak a bináris adatok továbbításával, hanem azok ember által értelmezhet Őormátumban való meőjelenítésével is Őoőlalkozik. Szakszerűbben Őoőalmazva az átviend inőormáció szintaktikájával és szemantikájával. Ez az egyetlen szint, amely meőváltoztathatja az átviend üzenet tartalmát. Ezt az alkalmazott titkosítási, tömörítési eljárások teszik szükséőessé. Az adatváltoztatás leggyakoribb esetei: - Adatábrázolási eltérés miatti konverzió: a különböz számítóőépek eltér adatábrázolási módokat alkalmazhatnak. Például karakterek esetén eltér kódtáblákat, eltér számábrázolást. - Adattömörítés: Őeladata, hoőy csökkentse az átvitel során az átvitt adatmennyiséőet. Az adatok tömörítése a meőjelenítési réteő Őeladata, ezzel növeli a hálózat hatékonysáőát. Ilyen tömörítési eljárások lehetnek: őyakran el Őorduló szimbólumsorozat helyettesítése eőy adott szimbólummal; sok nullát tartalmazó bináris sorozatokban a nullák számának meőadása a teljes adatőolyam átvitele helyett. - Titkosítás: a kriptoőráőia célja, hoőy a joőosulatlanok el l az adatok jelentését el lehessen zárni. Számos titkosítási alőoritmus (pl. helyettesítéses kódolás, Őelcseréléses kódolás stb.) létezik. A számítóőépek közötti titkosítási eljárásokat is szabványosították (DES, azaz Data Encyption Standard). Ilyenkor az elküldött kódsorozathoz tartozik eőy, a visszaőejtést szolőáló titkosítási kulcs. 16

18 (7) Alkalmazási réteő (application layer) Ez a réteő van közvetlen kapcsolatban a Őelhasználóval, ez tartalmazza a hálózaton használt alkalmazásokat. Ilyen az állománytovábbítás, az elektronikus levelezés stb. is. 14. ábra. Az OSI modell réteőeinek adateőyséőei 8 8 Forrás: (2010. november 7.) 17

19 4. Hálózati protokollok Az ISO OSI modell azonban csat egy teoretikus rendszer, az eőyes célok szerinti őyakorlati meővalósításuk során az eőyes réteőek nem válnak ennyire szét. Ebben a Őejezetben a leőőontosabb alkalmazott protokollokkal ismerkedünk meő. (A) TCP/IP protokoll Ez valójában nem eőy, hanem két, eőymással összekapcsolt protokoll rendszere: a TCP (Transmission Control Protocol átviteli vezérl eljárás) és az IP (Internet Protocol internet eljárás) protokolloké. Csomaőkapcsolt hálózatok adatátviteli eljárásaként hozták létre. Felépítésében követi az OSI modellt, de eőyes réteőeket összevontan kezel. 15. ábra. Az OSI modell és a TCP/IP modell összehasonlítása 9 Host és network réteő (az OSI modell Őizikai és adatkapcsolati réteőének eőyben történ meővalósításával): Őeladata az adatőolyam kezelése, a keretek hálózati Őorőalmának lebonyolítása. A Őölötte lév szintek ezeket az adatkereteket adják át adó- és Őoőadják vev oldalon. Internetwork réteő (az OSI modell hálózati réteőének Őelel meő): Őeladata az adatok átvitele a hálózaton, Őüőőetlenül annak útvonalától. Gyakran hasonlítják ezt a postai szolőáltatáshoz: amikor eőy levelet Őeladunk, a borítékra csak a Őeladó és a címzett adatai kerülnek rá, és nem tudjuk de nem is Őontos számunkra, hoőy az miként, milyen úton érkezik meg a rendeltetési helyére. 9 Forrás: (2010. november 7.) 18

20 Ezen a szinten három protokoll található: - IP (internet Protocol): Az IP őondoskodik a hálózaton a csomaőok átvitelér l a hostok között. Ez eőy kapcsolat nélküli protokoll, azaz a csomaőok Őorőalmához nem szükséőes a küldést meőel z kapcsolatőelvétel. E miatt adatátviteli szempontból nem meőbízható, hisz semmi nem őarantálja, hoőy a csomaőok nem vesznek el, sorrendjük nem keveredik össze. - Az IP csomaő két Ő részb l áll: IP Őejléc Adatmez - ARP (Adres Resolution Protocol): Az adatcsomag Őizikai címének meőkeresésére szolőál. Eőy olyan IP csomaőot hoz létre és továbbít adatszórásos (broadcast) elven, amelyben szerepel a keresett IP-cím, a saját IP-cím és Őizikai cím eőyaránt. Ha az IP-cím alapján eőy eszköz maőát azonosítja, saját Őizikai címével a csomaőot kieőészíti, és a csomaőot visszaküldi az eredeti Őeladónak. - ICMP (Internet Control Message Protocol): Hibajelzésre és a kapcsolatban álló két Őél eőyéb paramétereinek elküldésére szolőál. Ez is IP csomaőként halad a hálózaton. Transport réteő (az OSI modell szállítási réteőével azonosítható): az alkalmazási réteőt l kapott adatot a küldéshez szükséőes Őejjel eőészíti ki. KétŐéle, eőymástól teljesen Őüőőetlen protokollt használ: - TCP (Transmission Control Protocol): Ez az átvitel vezérlési eljárás. Kezdeményez ként (adóként) küld eőy kéréscsomaőot, bevárja a címzett válaszát, és ezt az adó eőy nyuőtázó üzenettel hálája meő. A kapcsolatok azonosítására a portok szolőálnak, az els 1024 TCP port Őoőlalt a standardalkalmazások számára. Fiőyeli a csomaőok sorrendjét is. Ha a csomaőok sorrendjét l eltér en eőy kés bbi csomaőról kap nyuőtát (eőy vaőy több csomaő nyuőtázása kimarad), akkor a sorőolytonosan leőutolsó nyuőtázott csomaőot követ csomaőtól kezdve meőismétli az adást. - UDP (User Datagram Protocol): Mivel ez az eljárás nem kapcsolathoz kötött, íőy nincs nyuőtázás és hibajavítás sem. Cserébe sokkal őyorsabb adatátvitelt tesz lehet vé. Az olyan alkalmazások használják, amelyeknél a pontossáőnál Őontosabb a őyorsasáő (pl. valós idejű hanőátvitel esetén kisebb probléma, ha pillanatnyi hanghiba adódik, mintha a Őolyamat eőésze id csúszást szenved). Alkalmazási réteő (az OSI modell viszony-, meőjelenítési- és alkalmazási réteőeinek eőy szinten történ meővalósítása): ezen a szinten találjuk az alkalmazásokat. Az adatőolyamot a szállítási réteőnek továbbítják, illetve attól Őoőadják. Ezt a TCP vaőy UDP meőhatározott portján keresztül valósítják meő. A standard portokhoz vannak olyan szabványosított eljárások rendelve, mint például: SMTP, POP3, FTP, http stb. 19